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Livre

Modélisation et calcul des milieux continus

Résumé

Introduction à la mécanique des milieux continus tridimensionnels. Points abordés : la modélisation macroscopique des milieux continus et de leur mouvement ; la description des efforts qui génèrent le mouvement des milieux continus ; l'introduction à l'échelle microscopique des comportements liés à la déformation et aux efforts et la résolution de problèmes d'équilibre élastique.


  • Éditeur(s)
  • Date
    • 2009
  • Notes
    • Bibliogr. Index
  • Langues
    • Français
  • Description matérielle
    • 550 p. ; 24 x 17 cm
  • Collections
  • Sujet(s)
  • ISBN
    • 978-2-7302-1494-0
  • Indice
    • 531 Mécanique des solides, rhéologie
  • Quatrième de couverture
    • Les travaux de recherche de Patrick Le Tallec portent sur la modélisation numérique de phénomènes physiques ou de systèmes industriels. Ils concernent en particulier la dynamique des structures, l'interaction fluide structure, les techniques de calcul par décomposition de domaines, la modélisation numérique multiéchelle des matériaux hétérogènes. Patrick Le Tallec est professeur des Universités et professeur à l'École Polytechnique. Il a enseigné dans plusieurs universités françaises et étrangères.

      L'ouvrage s'adresse aux élèves des grandes écoles scientifiques et aux étudiants des universités dont le cursus intègre un enseignement de mécanique des milieux continus.

      L'ouvrage est une introduction à la mécanique des milieux continus tridimensionnels. Quatre aspects sont plus particulièrement considérés :

      • la modélisation macroscopique des milieux continus et de leur mouvement, en y décrivant les déformations et en rappelant les lois de conservation que doit respecter tout mouvement ;
      • la description des efforts qui génèrent le mouvement des milieux continus, avec l'introduction de la notion de tenseur de contraintes et l'écriture des équations globales qui les régissent ;
      • l'introduction à l'échelle microscopique des comportements élémentaires qui permet de compléter la modélisation en introduisant les relations de comportement traduisant le lien local entre déformations et efforts ;
      • la résolution de problèmes d'équilibre élastique. Cette étape de résolution de problèmes globaux utilise le principe des puissances virtuelles pour écrire, analyser et résoudre les problèmes posés, et pour en valider les solutions. Elle permet d'aborder de nombreuses situations pratiques et de sensibiliser les étudiants aux problèmes de distribution d'efforts, de discontinuités de solutions, d'incompatibilité de déformations, et d'instabilités géométriques.

  • Tables des matières
      • Modélisation et calcul des milieux continus

      • Patrick Le Tallec

      • Les éditions de l'école Polytechnique

      • I Mouvements et Efforts15
      • 1 Le milieu continu17
      • 1.1 La notion de milieu continu19
      • 1.2 Le cadre mathématique20
      • 1.2.1 Référentiel20
      • 1.2.2 Configuration22
      • 1.3 L'observation du mouvement24
      • 1.4 Description lagrangienne26
      • 1.5 Description eulérienne30
      • 1.5.1 Construction30
      • 1.5.2 Équivalence avec la représentation lagrangienne32
      • 1.5.3 Mouvements stationnaires33
      • 1.5.4 Dérivées particulaires33
      • Formules essentielles35
      • Exercices37
      • 2 Les déformations du milieu continu45
      • 2.1 Introduction47
      • 2.2 Transformation homogène49
      • 2.2.1 Définition49
      • 2.2.2 Transport d'éléments matériels50
      • 2.2.3 Mesure des dilatations52
      • 2.2.4 Décomposition polaire55
      • 2.3 Transformation quelconque57
      • 2.3.1 Déformation homogène tangente57
      • 2.3.2 Transport et dilatations59
      • 2.3.3 Décomposition polaire60
      • 2.4 Tenseur des déformations61
      • Formules essentielles65
      • Exercices67
      • 3 Déformations linéarisées et taux de déformation75
      • 3.1 Introduction77
      • 3.2 Linéarisation77
      • 3.2.1 Hypothèse des petites transformations77
      • 3.2.2 Transport en petites transformations79
      • 3.2.3 Dilatations et déformations en petites transformations79
      • 3.2.4 Décomposition polaire en petites transformations82
      • 3.3 Taux de déformation84
      • 3.3.1 Cadre eulérien84
      • 3.3.2 Vitesse de transport et taux de déformation85
      • 3.3.3 Vorticité et mouvement instantané87
      • 3.4 Compatibilité des déformations89
      • 3.4.1 Cadre du problème89
      • 3.4.2 Conditions de compatibilité91
      • 3.4.3 Calcul du champ de déplacement93
      • 3.4.4 Mouvement rigidifiant95
      • 3.4.5 Mesure des déformations96
      • Formules essentielles99
      • Exercices101
      • 4 Lois de conservation105
      • 4.1 Introduction107
      • 4.2 Lois de conservation sur un domaine matériel108
      • 4.2.1 Domaine matériel108
      • 4.2.2 Conservation de la masse108
      • 4.2.3 Conservation de la quantité de mouvement109
      • 4.2.4 Énergie111
      • 4.3 Calcul de dérivées particulaires113
      • 4.3.1 Dérivation en temps d'une intégrale de volume113
      • 4.3.2 Dérivée particulaire d'une intégrale de volume115
      • 4.3.3 Théorème de la divergence117
      • 4.3.4 Théorème de transport118
      • 4.3.5 Discontinuités de champs de vitesse119
      • 4.4 Lois de conservation intégrées en masse120
      • 4.4.1 Loi de conservation de la masse120
      • 4.4.2 Loi de conservation en densité massique121
      • 4.5 Relations de Rankine Hugoniot123
      • 4.5.1 Cas général123
      • 4.5.2 Choc oblique stationnaire124
      • 4.6 Équilibre d'un tronçon de poutre127
      • Formules essentielles133
      • Exercices135
      • 5 Modélisation des efforts intérieurs143
      • 5.1 Introduction145
      • 5.2 Efforts de contact et vecteur contrainte145
      • 5.2.1 Premier postulat de Cauchy et vecteur contrainte145
      • 5.2.2 Second postulat de Cauchy146
      • 5.3 Tenseur des contraintes de Cauchy147
      • 5.3.1 Notation147
      • 5.3.2 Le théorème de Cauchy148
      • 5.3.3 Définition du tenseur des contraintes151
      • 5.3.4 Effort normal et cisaillement152
      • 5.3.5 Composantes du tenseur des contraintes152
      • 5.3.6 Symétrie du tenseur des contraintes de Cauchy153
      • 5.4 Construction microscopique du tenseur des contraintes155
      • 5.4.1 Modélisation cinétique des efforts de contact155
      • 5.4.2 Modélisation microscopique des efforts de contact158
      • 5.5 Étude locale du tenseur des contraintes161
      • 5.5.1 Directions principales161
      • 5.5.2 Trace et déviateur162
      • 5.5.3 Cercle de Mohr163
      • 5.5.4 Critères de résistance usuels164
      • 5.6 Généralisation de la démarche : le vecteur courant de chaleur167
      • Formules essentielles169
      • Exercices171
      • 6 Équations du mouvement175
      • 6.1 Introduction177
      • 6.2 Forme locale des équations du mouvement177
      • 6.3 Conditions de saut et conditions aux limites180
      • 6.3.1 Relations de saut180
      • 6.3.2 Conditions aux limites182
      • 6.4 Équations de la dynamique183
      • 6.4.1 Le cas général183
      • 6.4.2 Les relations de saut en l'absence d'onde de choc184
      • 6.4.3 Des lois de conservation aux équations de la dynamique185
      • 6.5 Exemples d'application187
      • 6.5.1 Propagation d'une onde sonore à l'intérieur d'une barre élastique187
      • 6.5.2 Écoulement d'un glacier sur un plan incliné189
      • 6.5.3 Équilibre d'un tronçon de poutre en traction, flexion et torsion uniformes191
      • Formules essentielles195
      • Exercices197
      • 7 Principe des puissances virtuelles207
      • 7.1 Introduction209
      • 7.2 Puissance virtuelle des efforts intérieurs210
      • 7.2.1 Le milieu continu vu comme une infinité de liaisons élémentaires210
      • 7.2.2 Dualité contraintes déformations211
      • 7.3 Principe des puissances virtuelles213
      • 7.3.1 Démarche213
      • 7.3.2 Puissance virtuelle des efforts d'accélération214
      • 7.3.3 Puissance virtuelle des efforts extérieurs et intérieurs215
      • 7.3.4 Énoncé216
      • 7.4 Généralisations du principe des puissances virtuelles220
      • 7.4.1 Solutions discontinues220
      • 7.4.2 Discontinuité des fonctions tests221
      • 7.5 Applications224
      • 7.5.1 Théorème d'Euler224
      • 7.5.2 Théorème de l'énergie cinétique225
      • 7.6 Analyse limite226
      • 7.6.1 Position du problème226
      • 7.6.2 Approche statique226
      • 7.6.3 Approche cinématique227
      • 7.6.4 La fondation sur massif semi-infini229
      • 7.7 Compatibilité des déformations233
      • Formules essentielles235
      • Exercices237
      • II Comportements et Solutions d'Équilibre249
      • 8 Description microscopique d'un milieu continu251
      • 8.1 Lois de comportement253
      • 8.2 Les différents états de la matière254
      • 8.3 Fonctions de distribution259
      • 8.3.1 Le cadre général259
      • 8.3.2 Entropie statistique260
      • 8.4 Distribution d'équilibre261
      • 8.4.1 Le postulat de Boltzmann261
      • 8.4.2 Entropie d'équilibre262
      • 8.5 La distribution canonique262
      • 8.5.1 Le cas général262
      • 8.5.2 Les gaz monoatomiques parfaits264
      • 8.6 Thermodynamique statistique266
      • 8.6.1 Le premier principe266
      • 8.6.2 Second principe268
      • 8.6.3 Énergie libre269
      • Formules essentielles273
      • Exercices275
      • 9 Le modèle élastique : approche microscopique277
      • 9.1 Introduction279
      • 9.2 Description des élastomères279
      • 9.3 La chaîne élémentaire284
      • 9.3.1 Description géométrique284
      • 9.3.2 Distribution d'équilibre de la chaîne isolée285
      • 9.3.3 Distribution d'équilibre de la chaîne sous tension286
      • 9.3.4 La chaîne fixée à ses extrémités289
      • 9.4 Déformation d'un réseau réticulé292
      • 9.4.1 Hypothèses de comportement292
      • 9.4.2 Calcul microscopique des contraintes292
      • 9.5 Éprouvette en extension et en cisaillement295
      • 9.6 Limites et extensions du modèle298
      • Formules essentielles301
      • Exercices303
      • 10 Le modèle élastique : approche thermodynamique311
      • 10.1 Introduction313
      • 10.2 Inégalité de Clausius Duhem313
      • 10.2.1 Lien entre énergie interne et puissance des efforts intérieurs313
      • 10.2.2 Inégalité de Clausius Duhem : le cadre intégral314
      • 10.2.3 Inégalité de Clausius Duhem : le cas de la température localement uniforme314
      • 10.2.4 Inégalité de Clausius Duhem : le cas général315
      • 10.2.5 Tenseur des contraintes de Piola315
      • 10.3 Lois de comportement d'équilibre317
      • 10.3.1 Le cas des gaz parfaits317
      • 10.3.2 Les matériaux élastiques sans liaison interne318
      • 10.3.3 Les matériaux élastiques avec liaisons internes321
      • 10.3.4 Le cas des élastomères323
      • 10.3.5 Matériaux biologiques fibrés325
      • Formules essentielles327
      • Exercices329
      • 11 Le modèle élastique : les métaux333
      • 11.1 Introduction335
      • 11.2 Description microscopique des métaux335
      • 11.2.1 Les métaux335
      • 11.2.2 La liaison métallique335
      • 11.2.3 Le modèle de sphères dures337
      • 11.3 La structure cristalline341
      • 11.3.1 Le réseau critallin341
      • 11.3.2 Énergie d'un monocristal344
      • 11.4 Les métaux en petites déformations346
      • 11.4.1 Le monocristal en petites déformations346
      • 11.4.2 Élongation d'un monocristal349
      • 11.4.3 Le cas polycristallin350
      • Formules essentielles353
      • Exercices355
      • 12 Le modèle élastique : approche macroscopique363
      • 12.1 Introduction365
      • 12.2 Lois élastiques linéaires en déformation366
      • 12.2.1 Rappel du cadre élastique366
      • 12.2.2 Le cas linéaire en déformation367
      • 12.3 Invariances matérielles369
      • 12.3.1 Localité, symétrie tensorielle et indifférence matérielle369
      • 12.3.2 Respect des symétries matérielles371
      • 12.3.3 Isotropie matérielle373
      • 12.4 Les lois classiques en élasticité375
      • 12.4.1 Matériaux élastiques linéaires isotropes375
      • 12.4.2 Matériaux élastiques compressibles linéaires378
      • 12.4.3 Matériaux compressibles en grandes déformations379
      • 12.4.4 Matériaux incompressibles en grandes déformations379
      • 12.5 Essais élémentaires381
      • 12.5.1 Généralités381
      • 12.5.2 Essais en traction381
      • 12.5.3 Essai de cisaillement et de torsion383
      • 12.5.4 Essai dynamique384
      • 12.6 Conclusions sur l'étude des lois de comportement386
      • Formules essentielles389
      • Exercices391
      • 13 Les problèmes de structures en élasticité395
      • 13.1 Introduction397
      • 13.2 Modélisation399
      • 13.2.1 Un problème modèle399
      • 13.2.2 Modélisation géométrique399
      • 13.2.3 Modélisation des déplacements cinématiquement admissibles400
      • 13.2.4 Modélisation des efforts extérieurs402
      • 13.2.5 Bilan des conditions aux limites404
      • 13.2.6 Modélisation du comportement405
      • 13.3 Les équations du problème élastique405
      • 13.3.1 Rappel des données405
      • 13.3.2 Équations du mouvement sur Oméga406
      • 13.3.3 Interprétation des équations du mouvement en configuration actuelle407
      • 13.4 Construction de solutions d'équilibre408
      • 13.4.1 La méthode des déplacements408
      • 13.4.2 Calcul par minimisation de l'énergie411
      • 13.5 Écriture en configuration initiale413
      • 13.5.1 Principe des puissances virtuelles en configuration initiale413
      • 13.5.2 Les équations du mouvement en configuration initiale415
      • 13.5.3 Les trois tenseurs des contraintes417
      • Formules essentielles419
      • Exercices423
      • 14 Les problèmes élastiques en petites transformations429
      • 14.1 Introduction431
      • 14.2 Le Problème général432
      • 14.2.1 Description du problème432
      • 14.2.2 Les équations du problème432
      • 14.3 Le problème en petites transformations433
      • 14.3.1 Hypothèse des petites transformations433
      • 14.3.2 Linéarisation mécanique du comportement434
      • 14.3.3 Linéarisation en déplacement435
      • 14.3.4 Interprétation physique de la loi de comportement linéarisée436
      • 14.3.5 Identification des tenseurs des contraintes438
      • 14.3.6 Le problème linéaire final438
      • 14.3.7 Formulation faible linéarisée439
      • 14.3.8 Raideur géométrique441
      • 14.3.9 Principe de superposition442
      • 14.4 Solutions autoentretenues et modes propres443
      • 14.4.1 Définition et calcul443
      • 14.4.2 Existence de modes propres444
      • 14.4.3 Calcul de solutions générales par superposition444
      • 14.4.4 Stabilité446
      • 14.4.5 L'exemple de la corde vibrante447
      • 14.4.6 Complément : théorie spectrale et applicabilité du principe de Rayleigh450
      • 14.5 Calcul de solutions quasi-statiques en petites transformations450
      • 14.5.1 Équations d'équilibre450
      • 14.5.2 Exemple : la trempe des matériaux451
      • Formules essentielles455
      • Exercices457
      • 15 Approches variationnelles en petites perturbations471
      • 15.1 Introduction473
      • 15.2 Le problème en petites perturbations473
      • 15.2.1 Petites perturbations autour d'un état naturel473
      • 15.2.2 Les équations du problème474
      • 15.2.3 Résumé des hypothèses de petites perturbations476
      • 15.3 Champs de contrainte statiquement admissibles477
      • 15.3.1 Définition477
      • 15.3.2 Méthode des contraintes478
      • 15.4 Principe du minimum pour les déplacements481
      • 15.4.1 Formulation faible et formulation énergétique en déplacement481
      • 15.4.2 Existence et stabilité484
      • 15.5 Minimisation et encadrement par les contraintes485
      • 15.5.1 Définition de l'énergie complémentaire485
      • 15.5.2 Relations de dualité à l'équilibre486
      • 15.5.3 Les principes de minimum488
      • 15.5.4 Formule de Clapeyron490
      • 15.6 Approximation de Ritz490
      • 15.6.1 Principe490
      • 15.6.2 Écriture matricielle492
      • 15.6.3 Exemple493
      • 15.6.4 Calcul d'erreur en norme de l'énergie495
      • 15.6.5 Erreur en loi de comportement497
      • 15.7 Méthode des éléments finis497
      • 15.7.1 Composants constitutifs497
      • 15.7.2 Validation et calcul d'erreur500
      • Formules essentielles503
      • Exercices505
      • III Annexes513
      • A Rappel des principales notations515
      • A.1 Convention des indices répétés515
      • A.2 Matrices et tenseurs515
      • A.3 Mécanique516
      • B Calcul tensoriel519
      • B.1 Espace euclidien519
      • B.1.1 Définition519
      • B.1.2 Dualité519
      • B.2 Tenseurs euclidiens521
      • B.2.1 Produit tensoriel de vecteurs521
      • B.2.2 Tenseurs euclidiens d'ordre quelconque522
      • B.2.3 Produit tensoriel de tenseurs522
      • B.3 Exemples de tenseurs d'ordre deux522
      • B.3.1 Tenseur métrique522
      • B.3.2 Tenseur euclidien associé à une forme linéaire523
      • B.3.3 Transposition et symétrie523
      • B.4 Produit contracté524
      • B.4.1 Contraction de produit tensoriels de vecteurs524
      • B.4.2 Contraction de tenseurs quelconques525
      • B.4.3 Exemples526
      • C Calcul différentiel531
      • C.1 Définitions et notations531
      • C.2 Calcul en coordonnées cylindriques533
      • C.3 Calcul en coordonnées sphériques535
      • D Expressions explicites des équations de la dynamique539
      • E Compléments de physique statistique541
      • E.1 Du microcanonique au canonique en physique statistique541
      • E.2 Particules indiscernables en faible interaction542
      • E.3 Calcul de la fonction de partition d'une chaîne d'élastomère544
      • Bibliographie547
      • Index549

  • Origine de la notice:
    • Electre
  • Disponible - 531 LET

    Niveau 2 - Sciences